Análisis Completo de las Tecnologías de Transformadores Monofásicos de Distribución en Múltiples Escenarios de Aplicación
Introduce la línea de 10 kV al centro de carga. Siguiendo el principio de "pequeña capacidad, puntos densos, radio corto", adopte el nuevo modo de distribución monofásica, que se caracteriza por una notable reducción de pérdidas en baja tensión, alta calidad de energía y confiabilidad. Al comparar la economía y confiabilidad de los transformadores monofásicos versus trifásicos en diferentes escenarios, este documento analiza su ámbito de aplicación y sugerencias de uso.Los transformadores monofásicos se clasifican según el modo de distribución: ya sea con el punto neutro del lado de 10 kV no sacado (lado de media tensión conectado a la tensión de línea de la red de distribución UAB/UBC/UAC, "fase a fase"), o con la línea neutral del lado de 10 kV sacada (lado de media tensión conectado a la tensión de fase de la red de distribución UAN/UBN/UCN, "fase a tierra"), como se muestra en las Figuras 1 y 2.
1 Análisis de pérdidas del sistema de distribución monofásico
En un sistema de distribución monofásico, las pérdidas de la red provienen principalmente de tres partes: pérdidas de los transformadores monofásicos, pérdidas de las líneas de distribución de alta tensión y pérdidas de las líneas de distribución de baja tensión. Tomando como ejemplo el tipo D11, el cálculo y análisis de las pérdidas de línea totales son los siguientes.
1.1 Modo de distribución monofásico y tensión de conexión del lado de alta tensión
El lado de alta tensión adopta el modo de distribución monofásico y se conecta entre las tensiones de línea; el lado de baja tensión adopta el modo de sistema monofásico de tres hilos. La pérdida de potencia del área de la estación de distribución se calcula como:
En la fórmula, RL es la resistencia de la línea, Rdz es la resistencia equivalente de la línea de baja tensión (unidad: Ω); U es 10 kV, T es 8760 h (horas de operación anual), y Upj es 0.38 kV (tensión promedio en el lado de baja tensión). ΔP es la energía activa registrada por la medición secundaria (unidad: kWh); ΔQ es la energía reactiva registrada por la medición secundaria (unidad: kWh); K es el coeficiente de corrección relacionado con la curva de carga, con un valor de 1.8.
1.2 Modo de distribución monofásico (lado de alta tensión conectado a la tensión de fase)
El lado de alta tensión adopta el modo de distribución monofásico y se conecta entre las tensiones de fase. El lado de baja tensión utiliza el sistema monofásico de tres hilos. La fórmula de cálculo de la pérdida de potencia del área de la estación de distribución es la siguiente:
2 Comparación de aplicaciones en diferentes escenarios
Tomando cierta región como ejemplo, se seleccionaron varios escenarios de aplicación típicos para comparar la economía de los métodos de distribución de energía monofásica y trifásica en diferentes áreas de la estación. (Considerando un ciclo de vida de 15 años y un precio de electricidad de 0.6083 yuan/kWh)
2.1 Pequeños pueblos con cargas dispersas
El pueblo #1 tiene 37 usuarios residenciales, incluyendo 33 usuarios monofásicos y 4 usuarios trifásicos. La capacidad del transformador de distribución es de 100 kVA, la línea de 10 kV mide 838 metros, la línea de baja tensión mide 2170 metros, la carga máxima es de 40 kW, y las horas de pérdida anuales son 3400 horas.
Conclusión: La inversión total del sistema híbrido es de aproximadamente 24,000 yuan más que el sistema trifásico.
2.2 Pueblos inalcanzables por líneas de alta tensión
El pueblo #2 tiene 75 usuarios residenciales. La capacidad del transformador de distribución es de 150 kVA, la línea de 10 kV mide 752 metros, y la línea de baja tensión mide 1583 metros. Limitado por el corredor de la línea, la línea de 10 kV no puede suministrar energía cerca, lo que resulta en una longitud máxima de línea post-metro de aproximadamente 1008 metros y una tensión mínima de 179 V en el extremo de la línea. La carga máxima es de 88 kW, y las horas de pérdida anuales son 3400 horas.
Conclusión: El sistema monofásico ahorra aproximadamente 34,000 yuan en la inversión total en comparación con el sistema trifásico.
2.3 Grandes pueblos con cargas concentradas
El pueblo #3 tiene 210 usuarios residenciales, incluyendo 209 usuarios monofásicos y 1 usuario trifásico. La capacidad del transformador de distribución es de 400 kVA, la línea de 10 kV mide 855 metros, la línea de baja tensión mide 1968 metros, la carga máxima es de 120 kW, y las horas de pérdida anuales son 3400 horas.
Conclusión: La inversión total del sistema híbrido es de aproximadamente 118,000 yuan más que el sistema trifásico.
2.4 Áreas de carga de calles urbanas
El mercado #4 tiene 171 usuarios (todos monofásicos), con cargas distribuidas a lo largo de ambos lados de una calle urbana (mezcla de residencial y comercial). La capacidad del transformador de distribución es de 500 kVA, la línea de 10 kV mide 385 metros, la línea de baja tensión mide 748 metros, la carga máxima es de 375 kW, y las horas de pérdida anuales son 3400 horas.
El sistema monofásico ahorra aproximadamente 291,000 yuan en la inversión total en comparación con el sistema trifásico, y la aplicación de los métodos de distribución de energía en estos escenarios típicos se muestra en la Tabla 1.
3 Análisis de la aplicabilidad de la distribución monofásica
En áreas urbanas con alta densidad de carga, la distribución monofásica no es adecuada por dos razones: 1) Costos de inversión más altos debido a la falta de economías de escala en los transformadores; 2) Potencial limitado para la reducción de pérdidas en líneas de baja tensión cortas.
Las zonas rurales con demandas de energía trifásica (por ejemplo, riego de cultivos) requieren sistemas de suministro híbridos monofásico/trifásico. Opte por conexiones monofásicas de fase a fase para evitar costosas reformas de alimentación de 10 kV.
Umbrales económicos
El análisis cuantitativo revela que la rentabilidad varía con la longitud de la línea y la carga. Los sistemas híbridos ayudan a optimizar la inversión y minimizar las pérdidas.
4 Conclusión principal
En resumen, la inversión y las pérdidas de los transformadores de distribución presentan economías de escala. El uso a gran escala de la distribución monofásica no es el enfoque óptimo. Su viabilidad económica debe evaluarse en función de la longitud de las líneas de distribución y el consumo de electricidad. En general, cuando la capacidad de un transformador de distribución trifásico en un área de estación alcanza 150 kVA y la longitud de la línea de baja tensión supera 1.5 kilómetros, la conversión del modo de distribución trifásico al monofásico es económicamente favorable.
